近日，由德国莱布尼茨-汉诺威大学、荷兰特温特大学和初创公司QuiX Quantum组成的国际研究团队首次开发了一种完全集成在芯片上的纠缠量子光源，为量子云带来了可扩展性。此研究成果已发表在Nature Photonics杂志上。
集成芯片的量子源示意图
莱布尼茨-汉诺威大学光子学研究所所长兼卓越集群PhoenixD董事会成员的Michael Kues教授表示：“这一突破可以使我们将源尺寸缩小1000倍以上，实现可再现性、长期稳定性、规模化和潜在的大规模生产，而这些特性都是实际应用所需要的，如量子处理器等。”
片上光子学因其结构紧凑、坚固，可以在单个芯片上容纳和排列许多元件，已成为处理光量子态的领先平台。该设备中光通过极其紧凑的结构被引导到芯片上，用于构建光量子计算系统。目前，该类系统可通过云访问以实现良好扩展，从而解决传统计算机无法完成的任务，这就是量子优势。
“到目前为止，量子光源仍依赖于外部、芯片外和庞大的激光系统，这限制了它们在该领域的使用。然而，我们通过一种新颖的芯片设计和利用不同的集成平台来克服这些挑战。”Kues教授的博士生Hatam Mahmudlu说。他们新开发的成果是一个电激发、激光集成的光量子光源，与芯片完全适配，能发射频率纠缠的量子比特状态。量子比特非常容易受噪音影响。而芯片必须由激光场驱动，完全没有噪音，因此需要加装滤波器。以前，将激光器、滤波器和谐振腔集成在同一芯片上是一项重大挑战。
解决问题的关键是混合技术，它将磷化铟制成的激光器、过滤器和氮化硅制成的谐振腔结合在一起，并将它们集成到一个芯片中。在芯片上的一个自发非线性过程中，激光场产生了两个光子。每个光子同时跨越一系列颜色，即“叠加”，两个光子的颜色是相关的，这表明光子是纠缠的，可以存储量子信息。Kues教授表示：“我们实现了应用于量子计算机或量子互联网所需的卓越效率和状态质量。”
本文由光电汇根据optics.org内容编译，如需转载请注明。
